JPH02140404A - 蒸気タービンの構造、及び蒸気タービン用蒸気発生系統、並びにその運用方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、使用熱源の範囲を拡大し得るように改良して
、比較的低カロリーの不安定な熱源を用いるに好適なよ
うに構成した蒸気タービンの構造、及び、比較的低カロ
リーの不安定な熱源を用いて蒸気タービン駆動用の蒸気
を発生させるに好適なように改良した蒸気発生系統、並
びに、上記蒸気発生系統の運用方法に関するものである
。

〔従来の技術〕

従来、蒸気タービンは非再熱式から出発して改良が重ね
られ、蒸気タービンプラントの効率を改善するために再
熱式が開発されて今日に至っている。

これら従来例の蒸気タービンは、主として化石燃料を熱
源とし、高カロリーの安定した供給熱源の存在を前提と
して構成され、運用されている。

従来の蒸気タービンプラントでは非再熱式蒸気タービン
系統の単独運用、あるいは再熱式蒸気タービン系統の単
独運用としており、再熱式、非再熱式を併用した前例は
無い。

熱併給形の蒸気タービンでは、高圧部と中圧部との間に
制御弁を設けて、後段に流れる蒸気流量を制御する方法
をとっている。この種の技術に関しては特公昭６０−４
４４８１号が公知である。

〔発明が解決しようとする課題〕

従来の蒸気タービンに関する技術的改良は、石炭又は石
油をエネルギ源として熱効率の向上９発生動力車価の低
減に傾注されてきた。

しかし乍ら、これら化石燃料の埋蔵量が有限であること
、並びに、その輸入量や価格が国際情勢の影響を受は易
いことを考えると、使用し得る燃料の範囲を拡大するこ
とについて真剣な努力が要請される。これは我国産業の
発達に寄与する百年の計である。

ところが、今まで実用化されなかった太陽熱エネルギ、
ゴミ焼却エネルギ、粗悪炭エネルギ、粗悪液体エネルギ
、及び粗悪ガスエネルギ（以下、未来形エネルギという
）には、安価であるという長所の反面、それぞれ実用化
を妨げる原因が有った。

こうした不具合の原因を解明して、その不具合を解消し
なければ未来形エネルギ源の実用段階に到達できない。

未来形エネルギ源に共通する「使いにくさ」はこれを要
約すると、主として、 （ｉ）　　発熱量が比較的低いこと。

（ｉｉ）　　発熱量が不安定であること。

である。

本発明はこうした事情に鑑みて為されたもので、安価で
はあるが不安定な低カロリ熱源を用いるに好適な蒸気タ
ービン構造、不安定な低カロリ熱源を用いるに好適な蒸
気タービン用蒸気発生系統。

及び、その運用方法を提供することを目的とする。

〔課題を解決するための手段〕

従来の火力発電所用の燃料に比して低カロリで不安定な
未来形エネルギ源に好適な蒸気タービンとして創作した
本発明の構造について、その基本的原理を略述すると次
の如くである。

（ａ）発生熱量が不安定であれば、発生蒸気の温度や圧
力も不安定となる。こうした問題に対応するため、本発
明の蒸気タービン構造は、再熱式蒸気タービンとしての
運転と、非再熱式蒸気タービンとしての運転とを迅速、
容易に切り換えることができ、しかも、非再熱式タービ
ンとして運転する際の蒸気エネルギの損失を軽減し得る
ような構造とする。その具体的な構成としては、 高圧部の蒸気流動方向と中圧部の蒸気流動方向とを同一
ならしめて配設し、高圧部最終段と中圧部初段とを近接
せしめ、 上記高圧部最終段と中圧部初段との間に蒸気の流動を阻
止する仕切板を設け、 上記の仕切板に開口を設けると共に、該開口を閉止、解
放操作し得る高中圧連絡弁を設置し、上記仕切板によっ
て区画された高圧部の下流端に、加熱器再熱部の蒸気流
入口に接続された窩圧部下流端開口を設け、 上記仕切板によって区画された中圧部の上流端に、加熱
器再熱部の蒸気流出口に接続配管された中圧部上流端開
口を設け、かつ、上記接続配管に戻り蒸気止め弁を設け
る。

また、上記の構成において高中圧連絡弁を省略すること
も出来る。

更に、前述の如く低カロリーで不安定な未来形エネルギ
源を用いて蒸気を発生させて蒸気タービンに供給するた
めに創作した本発明の蒸気発生系統は、未来形エネルギ
源を用いる第１の加熱器と。

従来形エネルギ源を用いる第２の加熱器とを併設する。

そして、この併設形蒸気発生系統を運用するために創作
した本発明の方法は、定常時には未来形エネルギ源を用
いて第１の加熱器を運転し、この第１の加熱器の発生す
る蒸気のエネルギ量が不足した場合、従来形エネルギ源
を用いて第２の加熱器を運転する。

〔作用〕

前述の如く、高圧部の蒸気流動方向と中圧部の蒸気流動
方向とを同一に設定すると、高圧部の排気を再熱するこ
となく中圧部へ供給する際に蒸気の流路が短く、蒸気エ
ネルギの損失が少ない。その上、蒸気タービン全体とし
ての（高圧部、中圧部を総合しての）構成が簡単でコン
パクトになる。

こうした構成を用いる場合、高圧部と中圧部との間に仕
切板および弁手段を設けておくと、再熱形としてのパタ
ーンと非再熱形としてのパターンとの切替が容易にかつ
確実に行われる。

また、前述の第１の加熱器と第２の加熱器とを併設して
、定常状態においては安価な未来形エネルギ源を用いて
発生蒸気単価を丁げ、該未来形エネルギ源特有の不安定
さの故に発生蒸気のカロリが不足した場合には従来形エ
ネルギ源（良質石炭。

良質石油、良質天然ガス）を用いて第２の加熱器を運転
し、不足エネルギを補う（部分的に補ってもよく、全面
的に切り替えてもよい）、、これにより、蒸気タービン
に対して必要な蒸気動力の供給を維持することが出来る
。

〔実施例〕

第１図は本発明に係る蒸気タービン構造の一実施例を示
す縦断面図である。

主蒸気は、タービン蒸気室１１．蒸気加減弁１２、及び
ノズル蒸気室１３を介して高圧部１６の初段ノズル１４
に供給され、初段動翼１５に吹きつけられる。

その後１図の右方に向けて高圧部最終段１９まで流動し
つつ仕事をする。

図示の１８は中圧部であって、２１はその初段である。

このように、中圧部１８も蒸気の流動方向が図の右向き
となるように設定されている。

高圧部１６の蒸気流動方向と中圧部１８の蒸気流動方向
とを同一とした結果、高圧部最終段１９と中圧部初段２
１とが近接して対向する。

上記の対向部を仕切る形に仕切板２０を設け、かつ、上
記仕切板で区画された高、中圧部を連通せしめたり遮断
したり出来る構造の高中圧連絡弁１７を設ける。

本例の高圧部１６のケーシングは一重橋造に構成されて
いる。本例の高圧部１６は、低カロリーの未来形エネル
ギ源によって発生せしめられた主蒸気の供給を受けるの
で、二重構造にしなくてもその圧力に耐えることが出来
、−重構造とすることによって全体的な形状２寸法がコ
ンパクトになる。

前記の高、中圧連絡弁１７は、オン・オフ的制御しか出
来ない止め弁形のものではなく、流量制御機能を備えた
調整弁によって構成する。

前記の仕切板２０を介してその両側に、即ち、高圧部１
６の下流側の端と中圧部１８の上流側の端とに、それぞ
れ高圧部下流端間口２２．及び中圧部上流端間口２３を
設ける。

上記高圧部下流端間口２２は、再熱蒸気元止め弁２４を
介して加熱器再熱部２７の蒸気流入口に接続する。

また、中圧部上流端間口２３は、戻り蒸気止め弁２６、
及び、流量制御機能を有する戻り蒸気調整弁２５を直列
に介して加熱器再熱部２７の蒸気流出口に接続配管され
ている。

前記の高中圧連絡弁１７を閉止すると、高圧部１６で仕
事をした蒸気は高圧部最終段１９を通過した後。

高圧部下流端間口２２を通って加熱器再熱部２７の蒸気
流入口に導かれる。

ここで再加熱された再熱蒸気は、中圧部上流端間口２３
を通って中圧部１８に導かれる。即ち、この蒸気タービ
ンは再熱運用される。

前記の高、中圧連絡弁１７を開放すると、高圧部Ｉ６で
仕事をした蒸気は該高中圧連終弁１７を流通して中圧部
１８に流入する。この場合の蒸気流路は蒸気タービン外
部配管を経由しないので配管による蒸気エネルギ損失を
生じない。

この場合（高中圧連絡弁１７開）、戻り蒸気止め弁２６
を閉止すれば、再熱系に蒸気が流れず非再熱運用される
。

この例の蒸気タービン（第１図）は、例えば太陽熱発電
に適用すると効果が大きい。

通常、太陽熱発電そのものは、当然太陽光が比較的常時
強い場所に設置されるものであるが、曇りの日又は夜間
には需要に対する発電可能量の不足が考えられこれを埋
めるために、化石燃料をペースとしたボイラを設置ξす
るなどの方法がとられる。運用形ｊ（ｌを考慮した場合
、常時利用する運用、すなわち、本来エネルギと称する
エネルギの場合熱源のカロリが比較的低いので、必要な
トータルエネルギを得るため豊富なエネルギを利用しく
言い替えればエネルギ密度が散漫）、再熱式を採用し、
短時間運用する補完的な立場のボイラ運転の場合は設備
費を押えて簡単な非再熱式を採用することが好ましい。

このような運用はさらにゴミ焼却で発生する熱を回収す
るボイラや粗悪炭を燃焼するボイラにも利用される。ご
みの中に混在される水分のため比較的昇温か少ないばか
りでなく計画値に対して昇温かままならぬ場合等に一般
商用として用いられるボイラによる蒸気で補完してやる
必要がでてくる。

前記の高中圧連終弁１７を、単なるオン・オフ作動をす
る止め弁とせず、流量制御機能を有する調整弁で構成し
ておくと、再熱武運用と非再熱武運用の混合運用を行う
ことも可能である。

また、τＧ圧圧排郡部加熱器再熱部への蒸気の流れを閉
止する再熱蒸気元止め弁２４を設けることにより、非再
熱運用の場合戻り蒸気止め弁２６だけで蒸気の流れを閉
止する場合に比べ蒸気の流れが通常の非再熱タービンと
同様となり系統的に安定させることができる。

第２図は前記と異なる実施例を示す。前例（第１図）に
比して異なる点は、高圧部２８と中圧部２９とを仕切っ
ている仕切板３１に弁手段を設けていないことであり、
その他の構成は前例（第１図）と類似である。この実施
例（第２図）においては再熱蒸気元止め弁２４は不要で
ある。

本例（第２図）は、前例（第１図）において高中圧連絡
弁１７を締め切った場合と同様に機能する。

即ち、高圧部２８で仕事をした蒸気は高圧部最終段３０
を通過後仕切板３１によって中圧部への流入をさえぎら
れ、高圧部端開口２２′を通り加熱器再熱部２７に送ら
れる。加熱器で再熱された高温再熱蒸気は中圧部端開口
２３′を通って中圧部に戻される。

本タービン構造は再熱式運用の蒸気タービン構造であり
、未来形エネルギ源を用いた加熱器に適用するに好適で
、構造をコンパクトにすることができる。

第３図は１発熱量が不安定で経時的に不測の変化をする
未来形エネルギ源（例えばゴミ焼却廃熱や太陽熱）を熱
源として、蒸気タービンを駆動する蒸気を発生させるに
好適なように創作した本発明に係る蒸気発生系統の一実
施例を示す系統図である。

６は蒸気タービン高圧部、７は同中圧部、８は同低圧部
である。

本例の蒸気発生系統は、第１図、第２図に示した本発明
の蒸気タービン構造と併用することが望ましいが、従来
例の再熱形蒸気タービンと併用することも可能である。

１は第１の加熱器の主蒸気過熱部、２は同じく再熱部で
、両者によって第１の加熱器■が構成されＣいる。

３は第２の加熱器の主蒸気過熱部、４は同じく再熱部で
１両者によって第２の加熱器■が構成されている。

上記第１の加熱器Ｉは未来形エネルギ源（例えば太陽熱
、ゴミ焼却廃熱、粗悪炭）を熱源とする。

また第２の加熱器■は従来形の化石燃料（例えばＬＮＧ
９重油、良質炭など）を熱源とする。

本例の蒸気発生系統を運用するには、定常状態において
は未来形エネルギ源を用いて第１の加熱器により蒸気を
発生させる。

第１の加熱器Ｉの熱源である未来形エネルギ源は、将来
的に豊富であり安価であるため、定常状態においては発
生させる蒸気の単価が安く、その上、資源供給に関する
不安が無い。しかし、これら未来形エネルギ源は発生熱
量が不安定であって、例えば太陽熱は天候の変化により
。

ゴミ焼却廃熱はゴミ質変化や含有水分の変化により、 粗悪気体燃料は気温変化などにより、 発生熱量が変化して、発生蒸気の量、温度、圧力が変化
し、その予測が困難である。

発生蒸気の保有エネルギが減少した場合、第１図に示し
た蒸気タービン構造により、再熱運用。

非再熱運用を切り替え（混用も可能）対応するが、これ
らの操作によっては必ずしも完全な対応ができないので
、蒸気保有エネルギの不足を補うために構成した第３図
の蒸気発生系統（装置としての実施例）を用いた本発明
に係る運用方法の実施例について次に述べる。

定常状態（第１図の実施例に係る蒸気タービン構造によ
って発生蒸気保有エネルギの変化に対応し得る状態）に
おいては、安価で豊富な未来形エネルギ源を熱源として
第１の加熱器！で発生させた蒸気によって蒸気タービン
を駆動する。

第１図の実施例に係る蒸気タービン構造による対応可能
の範囲を越えて発生蒸気保有エネルギが減少した場合、
従来形の商用エネルギ源（例えば瀝青炭、ＬＮＧ、Ａ重
油など）を熱源として第２の加熱器■を運転し、不足蒸
気を補う。

第１の加熱器Ｉが蒸気の発生を停止した場合（例えば、
夜間における太陽熱の消失、粗悪燃料における保炎の失
敗など）には、全面的に第２の加熱器Ｈの発生蒸気に切
り替えて蒸気タービンの運転を継続する。

このようにして、本発明に係る蒸気タービン構造と、本
発明に係る蒸気発生系統とは相俟って、低カロリで不安
定な未来形エネルギ源利用の実現を可能ならしめる。

〔発明の効果〕

以上説明したように、本発明に係る蒸気タービン構造と
、蒸気タービン用蒸気発生系統及びその運用方法とは産
業上の利用分野（低カロリで不安定なエネルギ源を利用
した蒸気タービンの運転）を同じくシ。

低カロリで不安定なエネルギ源の欠点をカバーして、そ
の実用化を図るという目的を達成する。

即ち、本発明に係る蒸気タービン構造は、高圧部におけ
る蒸気流動方向と中圧部における蒸気流動方向とを同一
として、高圧部最終段と中圧部初段とを近接せしめてそ
の間に仕切壁を設けたので、再熱運用、非再熱運用の切
換を容易かつ高効率で行うことができ、蒸気条件の変化
に順応性が高く、しかもコンパクトに構成することが出
来て、低力口りで不安定な熱源による発生蒸気条件の変
化に順応し得る。

また、本発明に係る蒸気発生系統により本発明に係る蒸
気発生系統の運用方法を実施すれば、定常状態でば低カ
ロリで不安定な熱源を用いてコストの安い蒸気を蒸気タ
ービンに供給することができ、かつ、上記低カロリで不
安定な熱源による発生蒸気の保有エネルギが不足した場
合は通常の商用エネルギ源を使用して補うことができる
。

【図面の簡単な説明】

第１図及び第２図はそれぞれ本発明に係る蒸気タービン
構造の一実施例を示す断面図である。 第３図は本発明に係る蒸気タービン用蒸気発生系統の一
実施例を示す系統図である。 ■・・・第１の加熱器、■・・・第２の加熱器、１・・
・第１の加熱器の過熱部、２・・・第１の加熱器の再熱
部、３・・第２の加熱器の過熱部、４・・・第２の加熱
器の再熱部、６・・・蒸気タービン高圧部、７・・・同
中圧部、８・・・同低圧部、１６・・・蒸気タービン高
圧部、１７・・高中圧連絡弁、Ｉ８・・・同中圧部、１
９・・・高圧部最終段、２０・・・仕切板、２１・・・
中圧部初段、２２・・高圧部下流端開口、２３・・中圧
部上流端開口、２４・・再熱蒸気元止め弁、２５・・・
戻り蒸気調整弁、２６・・・戻り蒸気調整弁。 代理人弁理士　　秋　　本　　正　　実第 図 Ｍ（第２リー蛛ネ） 第１の加書辿晒Ｊ専宛気よ１デＩ甲 調吃ｌリカー−リ呑ｊキネ丸−子 ＄２のカでりへゑ住４屯気ぜＬ廓屹容ｐ）鰐２のカロ８
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Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、蒸気を発生する過熱部と、蒸気を加熱する再熱部と
   よりなる加熱器から作動蒸気を供給され、かつ、高圧部
   と中圧部と低圧部とを１軸に連結した蒸気タービンの構
   造において、 高圧部の蒸気流動方向と中圧部の蒸気流動方向とが同一
   方向となるように配設し、 上記高圧部最終段と中圧部初段との間に蒸気の流動を阻
   止する仕切板を設け、 上記の仕切板に開口を設けると共に、該開口を閉止、開
   放操作し得る高中圧連結弁を設置し、上記仕切板によっ
   て区画された高圧部の下流端に、加熱器再熱部の蒸気流
   入口に接続された高圧部下流端開口を設け、 上記仕切板によって区画された中圧部の上流端に、加熱
   器再熱部の蒸気流出口に接続配管された中圧部上流端開
   口を設け、かつ、上記接続配管に戻り蒸気止め弁を設け
   たことを特徴とする蒸気タービン構造。 ２、前記の高中圧連絡弁は、流量制御機能を有する調整
   弁であることを特徴とする、請求項１に記載の蒸気ター
   ビン構造。 ３、前記高圧部のタービンケーシングは一重構造である
   ことを特徴とする、請求項１又は同２に記載の蒸気ター
   ビン構造。 ４、前記の高圧部下流端開口は、再熱蒸気止め弁を介し
   て加熱器再熱部流入口に接続されていることを特徴とす
   る、請求項１に記載の蒸気タービン構造。 ５、前記の加熱器再熱部流出口と中圧部上流端開口との
   間に設けられた接続配管は、前記の戻り蒸気止め弁と直
   列に、流量制御機能を有する戻り蒸気調整弁を有するも
   のであることを特徴とする、請求項１又は同４に記載の
   蒸気タービン構造。 ６、蒸気を発生する過熱部と、蒸気を加熱する再熱部と
   よりなる加熱器から作動蒸気を供給される蒸気タービン
   は高圧部と中圧部と低圧部とを１軸に連結した構造であ
   って、 高圧部の蒸気流動方向と中圧部の蒸気流動方向とを同一
   ならしめて配設し、 上記高圧部最終段と中圧部初段との間に蒸気の流動を阻
   止する仕切板を設け、 上記仕切板によって区画された高圧部の下流端に、加熱
   器再熱部の蒸気流入口に接続された高圧部下流端開口を
   設け、 上記仕切板によって区画された中圧部の上流端に戻り蒸
   気止め弁を介して加熱器再熱部の蒸気流出口と接続され
   た中圧部上流端開口を設けたことを特徴とする蒸気ター
   ビン構造。 ７、蒸気を発生する過熱部と、蒸気を加熱する再熱部と
   を有し、比較的低カロリーで発生熱量の不安定な熱源を
   用いる第１の加熱器、並びに、蒸気を発生する過熱部と
   、蒸気を加熱する再熱部とを有し、比較的高カロリーで
   発生熱量の安定した熱源を用いる第２の加熱器よりなる
   ことを特徴とする、蒸気タービン用蒸気発生系統。 ８、蒸気を発生する過熱部と、蒸気を加熱する再熱部と
   を有し、比較的低カロリーで発生熱量の不安定な熱源を
   用いる第１の加熱器、並びに、蒸気を発生する過熱部と
   、蒸気を加熱する再熱部とを有し、比較的高カロリーで
   発生熱量の安定した熱源を用いる第２の加熱器よりなる
   蒸気発生系統から作動蒸気を供給される蒸気タービンを
   運用する方法において、 定常状態においては第１の加熱器を運転すると共に第２
   の加熱器を休止させ、 第１の加熱器の発生する蒸気エネルギが不足した場合、
   第２の加熱器を併用し、若しくは第２の加熱器に切り替
   えることを特徴とする、蒸気タービン用蒸気発生系統の
   運用方法。